Te explicamos qué es el trabajo mecánico en física, sus características y la fórmula para calcularlo. También, qué tipos existen y ejemplos.
¿Qué es el trabajo mecánico?
En física, y más precisamente en la rama de la mecánica, se entiende por trabajo mecánico (o simplemente trabajo) acción de una fuerza sobre un cuerpo en reposo o en movimiento, de manera que hace que el cuerpo se mueva proporcional a la energía invertida en la fuerza que la mueve. En otras palabras, el trabajo mecánico es la cantidad de energía transferida a un cuerpo por una fuerza que actúa sobre él.
El trabajo mecánico es una cantidad escalar, que suele medirse en el sistema internacional (SI) en julios o joules (J) y se representa con la letra W (del inglés trabajar, «Trabajo»). Además, solemos hablar de trabajo positivo o negativo dependiendo de si la fuerza transfiere energía al objeto (trabajo positivo) o la resta (trabajo negativo). Así, por ejemplo, quien lanza una pelota realiza un trabajo positivo, mientras que quien la atrapa realiza un trabajo negativo.
Ver también: energía mecánica
Características del trabajo mecánico.
El trabajo mecánico se caracteriza por:
- es una cantidad escalarque se mide en julios (es decir, kilogramos por metro cuadrado dividido por el segundo cuadrado) y se representa con la letra W.
- Depende directamente de la fuerza que lo provoque.de modo que para que haya trabajo mecánico sobre un cuerpo, se le debe aplicar una fuerza mecánica a lo largo de una trayectoria definida.
- En el lenguaje cotidiano, el término «trabajo» se utiliza para definir que actividad mecánica cuya ejecución consume una cierta cantidad de energía.
- La transferencia de calor (energía térmica) no se considera una forma de trabajo.aunque es una transferencia de energía.
Fórmula de trabajo mecánico
La fórmula más simple para calcular el trabajo de un cuerpo movido por una fuerza es generalmente:
W = Adelante
Donde W es el trabajo realizado, F es la fuerza que actúa sobre el cuerpo y D es la distancia que recorre el cuerpo.
Sin embargo, la fuerza y la distancia generalmente se consideran cantidades vectoriales, que requieren una cierta orientación en el espacio. Así, la fórmula anterior puede reformularse para incluir dicha orientación, de la siguiente manera:
W = F xdx cos𝛂
Donde el coseno de alfa (cos𝛂) determina el ángulo entre la dirección en la que se aplica la fuerza y la dirección en la que se mueve el objeto como resultado.
Tipos de trabajo mecanico
El trabajo mecánico puede ser de tres tipos, dependiendo de si suma, resta o mantiene el nivel de energía en el móvil. Así, podemos hablar de:
- Trabajo positivo (W > 0). Ocurre cuando la fuerza entrega energía al objeto en cuestión, produciendo movimiento en la misma dirección en la que se aplicó la fuerza. Un ejemplo de esto sería un golfista que golpea una pelota con el palo y la envía volando varios metros, o un beisbolista que golpea una pelota en movimiento, alterando la trayectoria que traía.
- cero trabajo (W = 0). Esto ocurre cuando la fuerza aplicada no produce ningún movimiento en el objeto, a pesar de que consume energía en el proceso. Un ejemplo de esto sería una persona empujando un mueble muy pesado sin moverlo ni un centímetro.
- Trabajo negativo (W . Esto ocurre cuando la fuerza aplicada resta energía al objeto en cuestión, resistiendo el movimiento que el objeto ya ha traído o reduciendo su desplazamiento. Un ejemplo de esto sería un beisbolista que atrapa la pelota lanzada por otro, impidiendo que siga su camino; o una persona que camina frente a un objeto que cae de un cerro y aunque no es capaz de detenerlo por completo, logra frenar su caída.
Ejemplos de trabajo mecánico
Estos son algunos ejemplos de trabajo mecánico:
- En un partido de fútbol, el árbitro cobra un penalti y Lionel Messi envía el balón hacia la portería, con una fuerza de 500N, haciéndolo recorrer unos 15 metros sin tocar el suelo. ¿Cuánto trabajo pusiste para marcar ese gol?
Responder: aplicando la fórmula W = F xd, tenemos que Messi realizó un trabajo de 500N x 15m, es decir, un trabajo equivalente a 7500 J.
- Un tren se dirige hacia el sur a toda velocidad, dirigiéndose directamente hacia un automóvil atascado en las vías. Un superhéroe, al darse cuenta del peligro, decide pararse frente a la locomotora y detener su avance. Considerando que el tren trae consigo una fuerza de 20 000 N, el superhéroe es invulnerable y la locomotora está a 700 metros del vagón atascado, ¿cuánto trabajo tiene que hacer el superhéroe para detenerlo?
Responder: Como parar la locomotora requiere al menos 20 000 N en sentido contrario, y al superhéroe le gustaría dejar un margen de al menos 2 metros entre la locomotora y el coche bomba, sabemos que debe aplicar un trabajo igual a 20 000 N x 698 m, es decir, un trabajo negativo de 13.960.000 J.
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Las referencias
- «Trabajo (física)» en Wikipedia.
- “Trabajo mecánico y energía” en Amarauna (España).
- “Trabajo mecánico: ejemplos y aplicaciones” en Oxscience.